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La présente invention concerne les isolateurs de passage en géné- ral et, plus spécialement, les isolateurs de passage utilisés dans les disjoncteurs, les transformateurs et autres appareils électriques, et qui sont traversés par des courants considérables.
L'invention a pour but général de procurer un isolateur de passage perfectionné en particulier un isolateur dont le conducteur central, par où passe le courant, est entouré d'isolant, dans lequel la chaleur engen- drée par le courant dans le conducteur central puisse être facilement dissi- pée:
Dans les isolateurs de passage traversés par des courants considé- rables, la chaleur engendrée par le passage du courant dans le conducteur doit se dissiper à travers l'isolant même, celui-ci pouvant consister en des feuilles isolantes enroulées, de papier par exemple, avec éventuellement des couches intermédiaires de clinquant pour la répartition de la tension, et si la chaleur devient excessive, le papier ou autre matière isolante peut être porté pendant un temps trop long à une température excessive, des claquages électriques pouvant en résulter.
Suivant l'invention, des canalisations de refroidissement sont pré- vus soit le long de la paroi extérieure, soit le long de la paroi intérieure du conducteur central, de façon que la chaleur engendrée dans le conducteur par le passage du courant puisse être évacuée par le fluide isolant, de 1' huile par exemple, et transférée à l'enveloppe extérieure ou aux parties métalliques de l'isolateur de passage.
L'invention ressortira clairement de la description, donnée ci- après, de quelques formes d'exécution représentées, à titre d'exemple, aux dessins annexés, dans lesquels:
La figure 1 est une coupe verticale simplifiée d'un isolateur de passage du type à condensateur, constituant une forme d'exécution de la présente invention.
La figure 2 est une vue en plan prise d'en dessous, en coupe sui- vant la ligne II-II de la figure 1.
La figure 3 est une coupe verticale partielle, à grande échelle, d'une autre type d'isolateur de passage à condensateur, montrant une autre disposition de refroidissement.
La figure 4 est une vue en plan prise d'en dessous, en coupe sui- vant la ligne IV-IV de la figure 3.
La figure 5 est une vue en coupe suivant la ligne V-V de la figure 6.
La figure 6 est une coupe verticale partielle d'un autre type d'iso- lateur de passage suivant l'invention.
La figure 7 est une vue en coupe suivant la ligne VII-VII de la figure 8.
La figure 8 est une coupe verticale partielle d'encore un autre type d'isolateur de passage à condensateur suivant l'invention.
La figure 9 est une coupe verticale partielle d'encore un autre isolateur de passage à condensateur constituant une autre forme d'exécution de l'invention.
La figure 10 est une vue semblable à la figure 9,montrant encore une autre forme d'exécution de l'invention, et
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La figure 11 est une coupe verticale partielle de l'extrémité in- férieure d'encore un autre type d'isolateur de passage à condensateur sui- vant l'invention.
La figure 1 représente un isolateur de passage 1 pouvant être uti- lisé dans les disjoncteurs, transformateurs et autres appareils électriques où doit passer par le conducteur central un courant électrique considérable à travers une enveloppe, un boîtier, ou un support ou une fermeture équiva- lente mise à la terre.
L'isolateur de passage 1, représenté de façon simplifiée à la fi- gure 1, comprend généralement une coquille ou enveloppe en porcelaine supé- rieure 2, une bride en acier 3 mise à la terre et disposée entre la porce- laine supérieure 2 et une enveloppe de porcelaine inférieure 4 posant sur un support inférieur 5 pouvant être fixé à l'extrémité inférieure 6 du con- ducteur 7 traversant centralement et intérieurement l'isolateur de passage 1 vers le haut.
A l'extrémité supérieure de l'isolateur de passage 1 se trouve un capot d'isolateur 8 qui met les pièces 2 - 4 sous pression et permet la dila- tion du fluide, de l'huile par exemple, qui emplit l'espace 9 à l'intérieur de l'isolateur de passage 1. Le capot 8 comporte en général un indicateur de niveau d'huile.
L'isolateur de passage 1 peut être logé dans une ouverture pratiquée dans une enveloppe ou un boîtier contenant un appareil électrique convenable, le bord 10 de la bride 3 étant fixé par tout moyen convenable (non représen- té), par exemple des boulons.
Dans certains cas d'application, le conducteur 7 est traversé par un courant considérable et s'échauffe. Le condensateur 11, qui entoure le conducteur 7 et peut consister en du papier huilé enroulé autour du conduc- teur 7 avec intercalation de feuilles métalliques de condensateur, sert à répartir le gradient de potentiel entre le conducteur central 7 et la bride 3, celle-ci se trouvant généralement à la terre. Le vide, compris entre le condensateur 11 et les enveloppes de porcelaine ou coquilles 2 et 4, est rempli d'un fluide isolant convenable, de l'huile par exemple, comme préci- té. La feuille métallique extérieure du condensateur 11 est, de préférence, mise à la terre par connexion, au moyen d'un fil 16, à la bride 3.
Les figures 1 et 2 représentent ensemble une forme d'exécution de l'invention, et on peut remarquer, à l'extrémité supérieure 12 du tube con- ducteur 7, plusieurs ouvertures 13 donnant à l'intérieur du conducteur tubu- laire creux 7. Les extrémités de l'intérieur 14 du conducteur creux 7 sont bouchées par tout moyen convenable, des bouchons 15 par exemple, de sorte que l'intérieur 14 du tube conducteur creux 7 est complètement obturé.
Quand l'isolateur de passage 1 est parcouru par le courant, le con- ducteur tubulaire 7 s'échauffe. Cette chaluer passe, en grande partie, à tra- vers l'isolant enroulé 11, et peut échauffer celui-ci exagérément. Pour éviter ceci, l'espace enfermé 14 et les ouvertures 13 sont prévues.
Il est clair que l'huile peut circuler par les ouvertures 13 à 1' extrémité inférieure 6 du conducteur tubulaire creux échauffé 7 et remonter à l'intérieur de celui-ci jusqu'à l'extrémité 14, pour ressortir par les ouvertures 13 supérieures et atteindre la région à l'extérieur du condensa- teur 11. En descendant le long de la paroi intérieure 9 des manteaux 2, 4, le fluide, de l'huile par exemple, est refroidi au contact des porcelaines 2,4 et de la bride support 3 intermédiaire. Refroidie, l'huile redescend et rentre par les ouvertures 13 inférieures pour remonter à l'intérieur du con- ducteur tubulaire 7 chaud. Le fluide, de l'huile par exemple, est ainsi
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maintenu continuellement en circulation et refroidit le conducteur 7 par dissipation de sa chaleur.
Ceci évite qu'une quantité exagérée de chaleur soit transmise directement aux couches internes du condensateur 11.
Quoiqu'on ait envisagé l'utilisation d'un condensateur 11, il est évident que le même problème se pose si les feuilles métalliques d'armature sont omises et si le conducteur tubulaire central 7 est simplement entouré d'isolant enroulé ou, par exemple, d'isolant moulé.
Les figures 3 et 4 représentent une autre forme d'exécution, où le condensateur 11 est enroulé sur un tube métallique 17, Le conducteur tu- bulaire 18 est ensuite enfilé à travers le condensateur 11 bobiné sur le tube extérieur 17 avec des distanceurs 19 convenables, métalliques de pré- férence, pour maintenir le tube conducteur 18 concentrique. Avec cette con- struction, l'huile peut remonter entre la paroi extérieure du tube conduc- teur 18, qui peut être plein dans ce cas, et la paroi intérieure du tube support 17, comme les flèches 20 l'indiquent. L"huile peut ici aussi redes- cendre le long de la paroi intérieure du manteau de porcelaine supérieur 2, comme précité.
Les figures 3 et 4 représentent donc une forme d'exécution dans laquelle la circulation du fluiden,de l'huile par exemple, est enoouragée par la canalisation 21 comprise entre le tube conducteur 18 et le tube sup- port 17 du condensateur 11.
Le tube 17 peut porter, au lieu d'un condensateur 11, simplement un enroulement isolant solide ou de l'isolant moulé.
Le tube support 17 et les distanceurs 19 peuvent être faits en ma- tière isolante, au lieu de métal, et, dans ce cas, la feuille métallique intérieure du condensateur 11 doit être connectée au conducteur central 18, de façon que l'huile, dans la canalisation de refroidissement, ne soit pas soumise aux différences de potentiel et ne soit pas utilisée comme milieu diélectrique. Dans tous les cas, les isolateurs de passage de la présente invention gardent tous les avantages des isolateurs de passage utilisant un isolant solide, plutôt que d'utiliser l'huile comme diélectrique. Ces avan- tages comprennent une grande résistance mécanique, absence de ruptures in- térieures, rigidité diélectrique élevée, répartition uniforme de la tension et un minimum d'effet corona.
Les figures 5 et 6 représentent ensemble encore une autre forme d'exécution de l'invention. Ici, des gorges 24 sont usinées ou autrement formées dans la paroi extérieure du conducteur tubulaire central 23. Les gorges 24 déterminent une série de canalisations 25 (fig. 5) laissant passer un fluide, de l'huile par exemple, le long de la surface extérieure du con- ducteur tubulaire 23. La première couche du condensateur 26 est, de préfé- rence, une feuille métallique 27 qui se trouve donc au même potentiel que le conducteur tubulaire 23. On évite ainsi l'effet corona aux bords relati- vement tranchants des gorges usinées 24. Le condensateur 26 peut être enrou- lé de la manière habituelle sur la couche métallique intérieure 27 qui en- toure directement le conducteur tubulaire usiné 23.
L'huile peut remonter par les canalisations 25 et évacuer la chaleur du conducteur tubulaire cen- tral échauffé 23. Cette huile peut descendre le long de la paroi intérieure de la coquille de porcelaine supérieure 2, comme les flèches 28 le montrent sur la figure 6.
Dans l'autre forme d'exécution de l'invention représentée aux fi- gures 7 et 8, des bandelettes axiales métalliques 29 sont fixées sur la paroi extérieure du conducteur tubulaire 30, par soudure ou autre moyen. Le condensateur 31 peut être enroulé autour des bandelettes 29, transversale-
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ment à celles-ci, au moyen d'une machine à bobiner appropriée, la couche métallique la plus intérieure étant connectée aux bandelettes métalliques 29. Ces bandelettes axiales déterminent, le long du conducteur tubulaire 30, des canalisations 32¯traversées de la manière précitée par un fluide, de l'huile par exemple. Les bandelettes 29 peuvent être faites en matière isolante, si la couche la plus intérieure du condensateur 31 est reliée, par fil, au conducteur central 30.
Si on n'utilise pas de condensateur 31, ou si on entoure simplement les bandelettes 29 d'isolant solide, ces bandelet- tes peuvent elles-mêmes être en matière isolante.
Dans certaines cas, il peut être intéressant d'usiner, dans la paroi extérieure du conducteur tubulaire 23 de la forme d'exécution des fi- gures 5 et 6, des gorges enroulées en hélice pour faciliter l'enroulement, et cette forme d'exécution est représentée à la figure 9. Elle est essentiel- lement la même que celle des figures 5 et 6, sauf que les gorges 24 suivent un chemin en hélice sur la paroi extérieure du conducteur tubulaire central 33.
De même, dans certains cas, on peut faciliter le bobinage du con- densateur autour du conducteur central 30, en disposant les bandelettes 29 des figures 7 et 8 en hélice, et non dans le sens axial du conducteur 30.
Cette variante est représentée à la figure 10. Les bandelettes isolantes 29 en forme d'hélice sont collées ou autrement fixées sur le conducteur tu- bulaire intérieur 30.
Les travaux expérimentaux effectués montrent que l'invention pro- cure des résultats fortement améliorés. Le dispositif expérimenté comprend un conducteur tubulaire 36, comme représenté à la figure 11, avec des ou- vertures 37 à ses extrémités supérieure et inférieure. Le condensateur 11 est bobiné directement sur le conducteur tubulaire 36, Le refroidissement par circulation de fluide, de l'huile par exemple, est assuré à l'aide d' un tube intérieure 38, maintenu concentrique par rapport au conducteur tu- bulaire 36 par des anneaux 39. L'huile peut donc passer dans le sens indiqué, remontant dans l'espace annulaire entre la paroi intérieure du conducteur tubulaire 36 et la paroi extérieure du tube intérieur 38.
La circulation du fluide est simple à comprendre, le fluide montant dans l'espace annulai- re 40, comme les flèches 41 de la figure 11 l'indiquent, et dissipant, par convection, la chaleur du conducteur tubulaire échauffé 36.
L'expérience montre que, par rapport à un isolateur de passage or- dinaire sans circulation de fluide, l'isolateur de passage modifié laisse passer de 30 à 35 pour cent de courant en plus pour la même élévation de température.
La même expérience montre qu'une sérieuse économie de cuivre est réalisée. Par exemple, un conducteur tubulaire ordinaire sans circulation de fluide a un diamètre intérieur de 1-5/8 pouce (41 mm.) et un diamètre extérieur-, de 2-1/4 pouces (57 mm)/0n donne à cet isolateur de passage or- dinaire sans circulation de fluide, la référence "A". Un autre isolateur de passage "B" est construit comme représenté à la figure 11, avec un con- ducteur 36 de diamètre intérieur égal à 1-7/8 pouce (48 mm) et de diamètre extérieur égal à 2-1/4 pouces (57 mm), et contient le tube intérieur 38.
Les deux isolateurs sont soumis à des essais identiques. Les résultats mon- trent que si son conducteur n'a que 64% de la section de cuivre du premier isolateur, l'isolateur de passage refroidi a une élévation de température inférieure de 8,5 C à celle du premier isolateur.
Le tableau suivant donnent les résultats obtenus quand les deux isolateurs de passage sont parcourus par le même courant :
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EMI5.1
<tb> Isolateur <SEP> A <SEP> Isolateur <SEP> B
<tb>
<tb> non <SEP> refroidi <SEP> refroidi <SEP> par <SEP> cir-
<tb>
<tb>
<tb> ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ <SEP> culation
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Elévation <SEP> maximum <SEP> de <SEP> la <SEP> tempéra-
<tb>
<tb>
<tb> ture <SEP> du <SEP> conducteur <SEP> au-dessus <SEP> de
<tb>
<tb>
<tb> celle <SEP> de <SEP> l'huile <SEP> pour <SEP> 1600 <SEP> ampères: <SEP> 32 0 <SEP> 23,5 C
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Résistance <SEP> du <SEP> conducteur <SEP> en
<tb>
<tb>
<tb> ohms <SEP> par <SEP> 1000 <SEP> pieds <SEP> (305m.): <SEP> 0,00542 <SEP> 0,00849
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Poids <SEP> du <SEP> conducteur <SEP> en <SEP> livres
<tb>
<tb>
<tb> par <SEP> pied:
<SEP> 7,37 <SEP> 4,71
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Pieds <SEP> du <SEP> conducteur <SEP> en <SEP> kilo-
<tb>
<tb>
<tb> grammes <SEP> par <SEP> mètre: <SEP> 11,0 <SEP> 7,0
<tb>
La description ci-dessus montre que la circulation de fluide le long de la paroi du conducteur intérieur fait réaliser une économie considé- rable de cuivre ou, en d'autres mots, permet à une quantité de cuivre donnée de véhiculer beaucoup plus de courant pour une même élévation de tempéra- ture. L'invention procure ainsi un isolateur de passage perfectionné et plus efficace, dans lequel les risques d'endommager le condensateur ou 1' isolant entourant le conducteur sont réduits au minimum, parce que la cha- leur du conducteur est transférée par le fluide à l'enveloppe extérieure refroidie de l'isolateur, au lieu d'être cédée directement au condensateur ou à l'isolant.
Ces avantages nouveaux sont obtenus sans rien perdre des avantages assurés précédemment par l'utilisation d'un isolant solide, de préférence du type à condensateur.
REVENDICATIONS.
1. Isolateur de passage comprenant un conducteur porteur de courant, une masse isolante unique, disposée dans le voisinage immédiat du conducteur à l'intérieur d'une enveloppe, une ou plusieurs canalisations de circulation de fluide le long d'une surface du conducteur, chaque canalisation débouchant, par ses extrémités opposées, dans l'espace à l'intérieur de l'enveloppe, de façon que la circulation de fluide évacue de la chaleur du conducteur, et l'intérieur de l'isolateur de passage étant fermé par rapport à l'extérieur.